(57)【要約】  例えば照野の重なり誤差に起因する光量損失を小さく抑え、且つ光効率の高い所要の照明条件で被照射面を照明することのできる光学装置。光源からの光により第１方向の長さよりも第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明する光学装置は、光源と第１領域との間の光路中に配置されて、光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を所定面に形成するコレクター光学部材と、第２領域を含む所定面内に設けられ、コレクター光学部材の光を第１領域に導く複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材と、を備える。
2011125827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明する光学装置において、
前記光源と前記第１領域との間の光路中に配置されて、前記光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を所定面に形成するコレクター光学部材と、
前記第２領域を含む所定面内に設けられ、前記コレクター光学部材の光を前記第１領域に導く複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材と、
を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記第１フライアイ光学部材と前記第１領域との間の光学系によって前記第３方向が前記第１領域に射影される方向が前記第１方向であるとともに、前記第４方向が射影される方向が前記第２方向であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記コレクター光学部材は、
前記第２領域における前記第３方向の長さよりも、前記第４方向の長さが、１．１倍以上長い光を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記コレクター光学部材は、
前記第２領域における前記第３方向の長さと前記第４方向の長さとのアスペクト比が、１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たす光を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項５】
前記コレクター光学部材は、
前記光源からの光を集光する集光面の曲率が、第１断面と前記第１断面に直交する第２断面とで異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記コレクター光学部材は、
前記光源からの光を反射して集光することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記コレクター光学部材は、
前記光源の一次像を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記コレクター光学部材は、
非球面状で且つ凹面状の反射面および貫通孔を有する第１反射鏡と、
前記光源と前記第１反射鏡との間の光路中に配置されて、非球面状で且つ凸面状の反射面および貫通孔を有する第２反射鏡と、を備え、
前記光源からの光を、前記第２反射鏡の貫通孔、前記第１反射鏡の反射面、前記第２反射鏡の反射面、および前記第１反射鏡の貫通孔を介して、前記第２領域に整形させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記第１光学要素は、
前記第３方向の長さと前記第４方向の長さとが異なる外形形状を有し、
前記所定面内の前記第３方向と前記第４方向とに沿って配列されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第１光学要素は、
前記第３方向の長さより前記第４方向の長さが長い外形形状を有し、
前記第１光学要素の集合体は、前記第３方向より前記第４方向に長いことを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記第１フライアイ光学部材と前記第１領域との間の光路中に設けられ、前記複数の第１光学要素に光学的に対応するように設置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第１フライアイ光学部材は、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの光学要素が、前記第２領域と直交する面のうちで、前記第３方向に沿った面の曲率と、前記第４方向に沿った面の曲率とが互いに異なる光学面を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記光学面の前記第３方向に沿った面の曲率Ｃ１と前記第４方向に沿った面の曲率Ｃ２とは、
１．０＜Ｃ１／Ｃ２＜１．２または１．０＜Ｃ２／Ｃ１＜１．２
の条件を満足することを特徴とする請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置において、
前記光源と前記第１領域との間の光路中に設けられ、第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する第１光学要素を、所定面に複数配列するとともに、配列された前記第１光学要素の集合体の前記第３方向と前記第４方向の長さが互いに異なる第１フライアイ光学部材と、
前記第１フライアイ光学部材と前記第１領域との間の光路中に設けられ、前記第１光学要素に光学的に対応するように設置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学部材と、
を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項１５】
前記第１フライアイ光学部材と前記第１領域との間の光学系によって前記第３方向が射影される方向が前記第１方向であるとともに、前記第４方向が射影される方向が前記第２方向であることを特徴とする請求項１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記第１フライアイ光学部材は、
前記第３方向に沿って配列される前記第１光学要素の数と、前記第４方向に沿って配列される前記第１光学要素の数が互いに異なるように、配列することを特徴とする請求項１４または１５に記載の光学装置。
【請求項１７】
前記第１光学要素が円弧状の外形形状を有するとともに、
前記第２光学要素が多角形状の外形形状を有することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１８】
前記第１領域は、円弧状の外形形状を有し、
前記第１方向は、前記円弧状の辺が互いに隣り合うように前記複数の第１光学要素が設置される方向に対応し、
前記第２方向は、前記円弧状の両端が互いに隣り合うように前記複数の第１光学要素が設置される方向に対応していることを特徴とする請求項１７に記載の光学装置。
【請求項１９】
前記第１フライアイ光学部材は、
配列された前記第１光学要素の集合体の前記第３方向と前記第４方向とのアスペクト比が１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たすことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項２０】
前記第１フライアイ光学部材は、
配列された前記第１光学要素の集合体が、前記第３方向に対して前記第４方向に１．１倍以上長いことを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記第１フライアイ光学部材は、
前記第１光学要素の集合体が、前記第３方向に２０列以上、前記第４方向に５列以上配列されることを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項２２】
前記複数の第１光学要素および前記複数の第２光学要素が、凹面反射鏡の形態を有することを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記光源と前記第１フライアイ光学部材との間の光路中に配置されて、前記光源からの光を集光して、所定面に前記第３方向の長さよりも前記第４方向の長さが長い第２領域を形成するコレクター光学部材をさらに備え、
前記複数の第１光学要素は、前記所定面内に配置されることを特徴とする請求項１４乃至２２のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記第１フライアイ光学部材は、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの光学要素が、前記第２領域と直交する面のうちで、前記第３方向に沿った面の曲率と、前記第４方向に沿った面の曲率とが互いに異なる光学面を有することを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記光学面の前記第３方向に沿った面の曲率Ｃ１と前記第４方向に沿った面の曲率Ｃ２とは、
１．０＜Ｃ１／Ｃ２＜１．２または１．０＜Ｃ２／Ｃ１＜１．２
の条件を満足することを特徴とする請求項２４に記載の光学装置。
【請求項２６】
光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置において、
第２領域を含む所定面内に設けられ、複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材を備え、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも一つの光学要素が、前記第２領域と直交する面のうちで、第３方向に沿った面の曲率と、前記第３方向と交差する第４方向に沿った面の曲率とが互いに異なる光学面を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２７】
前記光学面の前記第１方向に沿った面の曲率Ｃ１と前記第２方向に沿った面の曲率Ｃ２とは、
１．０＜Ｃ１／Ｃ２＜１．２または１．０＜Ｃ２／Ｃ１＜１．２
の条件を満足することを特徴とする請求項２６に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記第１フライアイ光学部材と前記第１領域との間の光路中に設けられ、前記第１光学要素に光学的に対応するように設置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学部材を、さらに備えることを特徴とする請求項２６または２７に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記光源と前記第１フライアイ光学部材との間の光路中に配置されて、前記光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を所定面に形成するコレクター光学部材を、
さらに備えることを特徴とする請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項３０】
前記第２フライアイ光学部材は、
前記複数の第２光学要素を、第３領域の第５方向と前記第５方向と交差する第６方向とに配列しており、
前記複数の第２光学要素のうち少なくとも１つの光学要素が、前記第３領域と直交する面のうちで、前記第５方向に沿った面の曲率と、前記第６方向に沿った面の曲率とが互いに異なる光学面を有することを特徴とする請求項１１乃至２５、２８、２９のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項３１】
前記光源から供給される光は、波長が５ｎｍ乃至２０ｎｍのＥＵＶ光であることを特徴とする請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項３２】
前記第１領域に形成された所定のパターンを照明するための請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の光学装置を備え、
前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項３３】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板に形成する投影光学系をさらに備え、
該投影光学系に対して前記所定のパターンおよび前記感光性基板を走査方向に沿って相対移動させて、前記所定のパターンを前記感光性基板へ投影露光することを特徴とする請求項３２に記載の露光装置。
【請求項３４】
前記走査方向は、前記第1方向に平行な方向であることを特徴とする請求項３３に記載の露光装置。
【請求項３５】
請求項３２乃至３４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項３６】
所定面内に設けられるフライアイ光学部材に光を供給する光源装置において、
光を発生する発光部と、
前記発光部で発生した光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を前記所定面内に形成するコレクター光学部材と、を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項３７】
前記コレクター光学部材は、
前記第２領域における前記第３方向の長さよりも、前記第４方向の長さが、１．１倍以上長い光を形成することを特徴とする請求項３６に記載の光源装置。
【請求項３８】
前記コレクター光学部材は、
前記第２領域における前記第３方向の長さと前記第４方向の長さとのアスペクト比が、１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たす光を形成することを特徴とする請求項３６または３７に記載の光源装置。
【請求項３９】
前記コレクター光学部材は、
前記光源からの光を集光する集光面の曲率が、第１断面と前記第１断面に直交する第２断面とで異なることを特徴とする請求項３６乃至３８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項４０】
前記コレクター光学部材は、
前記光源からの光を反射して集光することを特徴とする請求項３６乃至３９のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項４１】
前記コレクター光学部材は、
前記光源の一次像を形成することを特徴とする請求項３６乃至４０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項４２】
前記コレクター光学部材は、
非球面状で且つ凹面状の反射面および貫通孔を有する第１反射鏡と、
前記光源と前記第１反射鏡との間の光路中に配置されて、非球面状で且つ凸面状の反射面および貫通孔を有する第２反射鏡と、を備え、
前記光源からの光を、前記第２反射鏡の貫通孔、前記第１反射鏡の反射面、前記第２反射鏡の反射面、および前記第１反射鏡の貫通孔を介して、前記第２領域に整形させることを特徴とする請求項３６乃至４１のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項４３】
光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明する照明方法において、
所定面上の第２領域に前記光源からの光を集光して導くことと；
前記所定面上で第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する複数の光束に波面分割することと；
該波面分割された複数の光束を前記第１領域へ導くことと；
を含み、
前記第２領域は、前記第３方向の長さよりも前記第４方向の長さが長い形状を有し、
前記所定面上での前記複数の光束は、前記第３方向と前記第４方向とに沿って複数配列されることを特徴とする照明方法。
【請求項４４】
前記第３方向が射影される方向が前記第１方向であるとともに、前記第４方向が射影される方向が前記第２方向であることを特徴とする請求項４３に記載の照明方法。
【請求項４５】
前記複数の光束は、
前記第３方向と前記第４方向とにおける長さが互いに異なることを特徴とする請求項４３または４４に記載の照明方法。
【請求項４６】
前記集光して導くことでは、
前記光源からの光がコレクター光学部材の第１断面によって集光されるとともに、
前記第１断面に直交し、前記第１断面とは異なる曲率を有する前記コレクター光学部材の第２断面によって集光されることを特徴とする請求項４３乃至４５のいずれか１項に記載の照明方法。
【請求項４７】
前記集光して導くことでは、
前記コレクター光学部材の前記第１断面で集光される光によって前記光源の一次像を形成することと；
前記第２断面で集光される光によって前記光源の一次像を形成することと；
を備え、
前記第１断面で集光される光を、前記光源と前記第１領域との間の第１集光位置で集光させ、且つ前記第２断面で集光される光を、前記光源と前記第１集光位置の間の第２集光位置で集光させることを特徴とする請求項４６に記載の照明方法。
【請求項４８】
請求項４３乃至４７のいずれか１項に記載の照明方法を用いて所定のパターン上の前記第１領域を照明することと；
前記所定のパターンを感光性基板に露光することと；
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと；
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと；
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと；
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項５０】
光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置の製造方法において、
前記光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を所定面に形成するコレクター光学部材を得ることと；
前記第２領域を含む所定面内に、複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材を設置することと；
を備えることを特徴とする光学装置の製造方法。
【請求項５１】
光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置の製造方法において、
第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する複数の第１光学要素を準備することと；
前記複数の第１光学要素を前記第３方向と前記第４方向とに配列する前記第１光学要素の集合体が、前記第３方向の長さと前記第４方向の長さとで互いに異なる第１フライアイ光学部材を得ることと；
を備える光学装置の製造方法。
【請求項５２】
複数の第２光学要素を前記第１光学要素に光学的に対応するように設置する第２フライアイ光学部材を得ること；
をさらに備えることを特徴とする請求項５０または５１に記載の光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、光学装置、露光装置、デバイス製造方法、照明方法、露光方法、および光学装置の製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィ工程で製造するのに使用される露光装置の照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して感光性基板（たとえばウェハ）上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。露光装置の解像力は、露光光の波長と投影光学系の開口数とに依存する。したがって、露光装置の解像力を向上させるには、露光光の波長を短くするとともに、投影光学系の開口数を大きくすることが必要になる。【０００３】
一般に、投影光学系の開口数を所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、露光光の短波長化が必要になる。そこで、半導体パターニングの次世代の露光方法（露光装置）として、５〜２０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（Extreme UltraViolet：極紫外線）光を用いるＥＵＶＬ（Extreme UltraViolet Lithography：極紫外リソグラフィ）の手法が注目されている。露光光としてＥＵＶ光を用いる場合、使用可能な光透過性の光学材料が存在しなくなる。このため、ＥＵＶ露光装置では、反射型のオプティカルインテグレータ、反射型のマスク、および反射型の投影光学系を用いることになる。【０００４】
ＥＵＶ露光装置に限らず、一般の露光装置において、照明光学系の瞳に形成される光強度分布（以下、「瞳強度分布」ともいう）を均一にすることが望ましい。本出願人は、反射型のオプティカルインテグレータにおける第１フライアイ光学部材中の複数の第１ミラー要素と第２フライアイ光学部材中の複数の第２ミラー要素との対応関係を工夫することにより、ほぼ均一な瞳強度分布を照明瞳に形成する技術を提案している（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２７３８５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された照明光学系では、第１フライアイ光学部材中の複数の第１ミラー要素で波面分割された各光束が、第２フライアイ光学部材中の対応する第２ミラー要素を介して、被照射面であるマスクのパターン面に第１ミラー要素の像としての照明領域を重畳的に形成する。しかしながら、後述するように、第１フライアイ光学部材と第２フライアイ光学部材との相対的な配置などに起因してディストーションが発生し、被照射面に形成される第１ミラー要素の像は第１ミラー要素と相似な形状にはならない。その結果、複数の第１ミラー要素により波面分割された複数の光束が被照射面に形成する各照野は、所望の外形形状の重畳照明領域から外れて形成され、いわゆる照野の重なり誤差に起因する光量損失が発生する。【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光量損失を小さく抑え、且つ光効率の高い所要の照明条件で被照射面を照明することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１形態では、光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明する光学装置において、
前記光源と前記第１領域との間の光路中に配置されて、前記光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を所定面に形成するコレクター光学部材と、
前記第２領域を含む所定面内に設けられ、前記コレクター光学部材の光を前記第１領域に導く複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材と、
を備えることを特徴とする光学装置を提供する。【０００９】
第２形態では、光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置において、
前記光源と前記第１領域との間の光路中に設けられ、第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する第１光学要素を、所定面に複数配列するとともに、配列された前記第１光学要素の集合体の前記第３方向と前記第４方向の長さが互いに異なる第１フライアイ光学部材と、
前記第１フライアイ光学部材と前記第１領域との間の光路中に設けられ、前記第１光学要素に光学的に対応するように設置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学部材と、
を備えることを特徴とする光学装置を提供する。【００１０】
第３形態では、光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置において、
第２領域を含む所定面内に設けられ、複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材を備え、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも一つの光学要素が、前記第２領域と直交する面のうちで、第３方向に沿った面の曲率と、前記第３方向と交差する第４方向に沿った面の曲率とが互いに異なる光学面を有することを特徴とする光学装置を提供する。【００１１】
第４形態では、前記第１領域に形成された所定のパターンを照明するための第１形態、第２形態、または第３形態の光学装置を備え、
前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。【００１２】
第５形態では、第４形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。【００１３】
第６形態では、所定面内に設けられるフライアイ光学部材に光を供給する光源装置において、
光を発生する発光部と、
前記発光部で発生した光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を前記所定面内に形成するコレクター光学部材と、を備えることを特徴とする光源装置を提供する。【００１４】
第７形態では、光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明する照明方法において、
所定面上の第２領域に前記光源からの光を集光して導くことと；
前記所定面上で第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する複数の光束に波面分割することと；
該波面分割された複数の光束を前記第１領域へ導くことと；
を含み、
前記第２領域は、前記第３方向の長さよりも前記第４方向の長さが長い形状を有し、
前記所定面上での前記複数の光束は、前記第３方向と前記第４方向とに沿って複数配列されることを特徴とする照明方法を提供する。【００１５】
第８形態では、第７形態の照明方法を用いて所定のパターン上の前記第１領域を照明することと；
前記所定のパターンを感光性基板に露光することと；
を含むことを特徴とする露光方法を提供する。【００１６】
第９形態では、第８形態の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと；
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと；
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと；
を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。【００１７】
第１０形態では、光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置の製造方法において、
前記光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域を所定面に形成するコレクター光学部材を得ることと；
前記第２領域を含む所定面内に、複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材を設置することと；
を備えることを特徴とする光学装置の製造方法を提供する。【００１８】
第１１形態では、光源からの光により第１方向の長さよりも前記第１方向と交差する第２方向の長さが長い第１領域を照明するために用いられる光学装置の製造方法において、
第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する複数の第１光学要素を準備することと；
前記複数の第１光学要素を前記第３方向と前記第４方向とに配列する前記第１光学要素の集合体が、前記第３方向の長さと前記第４方向の長さとで互いに異なる第１フライアイ光学部材を得ることと；
を備える光学装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様によれば、光量損失の発生を小さく抑え、且つ光効率の高い所要の照明条件で被照射面を照明することができる。その結果、高いスループットを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態における１回の走査露光を概略的に説明する図である。
【図３】オプティカルインテグレータ中の第１フライアイ光学部材の構成を概略的に示す図である。
【図４】オプティカルインテグレータ中の第２フライアイ光学部材の構成を概略的に示す図である。
【図５】本実施形態にかかるコレクター光学部材の構成を概略的に示す第１の図である。
【図６】本実施形態にかかるコレクター光学部材の構成を概略的に示す第２の図である。
【図７】変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】変形例にかかるコレクター光学部材の構成を概略的に示す第１の図である。
【図９】変形例にかかるコレクター光学部材の構成を概略的に示す第２の図である。
【図１０】第１ミラー要素と第２ミラー要素とが光学的に対応する様子を示す図である。
【図１１】図７の変形例において第２ミラー要素上に一方向に細長い光源像が形成される様子を示す図である。
【図１２】第２変形例において第１ミラー要素の反射面をトロイダル面状にすることにより第２ミラー要素上に形成される光源像の例を模式的に示す図である。
【図１３】第２変形例において第１ミラー要素の反射面をトロイダル面状にすることにより第２ミラー要素上に形成される光源像の別の例を模式的に示す図である。
【図１４】図１の実施形態の構成に第２変形例の手法を適用して得られる効果を示す図である。
【図１５】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、感光性基板であるウェハＷの表面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの表面において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、ＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）タイプの光源ユニットＬＵと、コレクター光学部材１とを備える光源装置から露光光（照明光）が供給される。
【００２２】
ＤＰＰタイプの光源ユニットＬＵでは、ターゲット物質からなる電極、あるいは電極間にターゲット物質が存在する状態で電極間に電圧を印加すると、ある電圧を越えた時点で電極間に放電が生じ、ターゲット材料をプラズマ化する。この放電によって電極間に大電流が流れ、この電流によって生じる磁場によりプラズマ自身が微小空間内に圧縮され、プラズマ温度を上昇させる。この高温プラズマからＥＵＶ光が放出される。このように、放電によりプラズマにエネルギーを供給し（励起し）、ＥＵＶ光を放出させる光源を一般にＤＰＰ光源と呼ぶ。
【００２３】
光源ユニットＬＵから放射されたＥＵＶ光は、コレクター光学部材１を介して、コリメータ光学部材２に入射する。コレクター光学部材１は、光源ユニットＬＵからの光の入射順に、中央に貫通孔が形成された凹面反射鏡１ａと、同じく中央に貫通孔が形成された凸面反射鏡１ｂとを備えている。第１反射鏡としての凹面反射鏡１ａは、光源ユニットＬＵに向かって凹面状の反射面を有し、第２反射鏡としての凸面反射鏡１ｂは凹面反射鏡１ａに向かって凸面状の反射面を有する。
【００２４】
光源ユニットＬＵの発光点Ｐ１より発した発散光は、凸面反射鏡１ｂの貫通孔を介して、凹面反射鏡１ａに入射する。凹面反射鏡１ａの反射面で反射された光は、凸面反射鏡１ｂの反射面で反射された後、凹面反射鏡１ａの貫通孔を介して、点Ｐ２に集光する。すなわち、コレクター光学部材１は、光源ユニットＬＵからの光を反射して集光し、点Ｐ２の位置に光源の一次像を形成する。点Ｐ２で一旦集光したＥＵＶ光は、点Ｐ２の近傍に配置されたピンホール部材（不図示）を通過した後、凹面反射鏡の形態を有するコリメータ光学部材２を経てほぼ平行光束となり、所定面上の第２領域に整形される。第２領域に整形されたＥＵＶ光は、所定面上に設けられるフライアイ光学部材３１の入射面から入射して、一対のフライアイ光学部材３１および３２からなるオプティカルインテグレータ３に導かれる。フライアイ光学部材３１および３２の構成および作用については後述する。
【００２５】
オプティカルインテグレータ３の射出面の近傍、すなわち第２フライアイ光学部材３２の反射面の近傍位置（照明瞳の位置）には、所定の形状を有する実質的な面光源（瞳強度分布）が形成される。この実質的な面光源からの光は、平面状の反射面を有する偏向部材４および凹面反射鏡の形態を有するコンデンサー光学系５を経た後、照明光学系ＩＬ（１〜５）から射出される。上記の実質的な面光源が形成される照明光学系ＩＬの照明瞳の位置は、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳の位置、または投影光学系ＰＬの入射瞳と光学的に共役な位置である。
【００２６】
照明光学系ＩＬから射出された光は、反射型のマスク（レチクル）Ｍにほぼ平行に且つ近接して配置された視野絞り（不図示）の円弧状の開口部（光透過部）を介して、マスクＭのパターン面上に円弧状の重畳照明領域（第１領域）を形成する。マスクＭには、転写すべきパターンとして、例えばデバイス用の回路パターンが形成されている。照明光学系ＩＬは、光源ユニットＬＵからの光により照明瞳に実質的な面光源からなる瞳強度分布を形成し、この瞳強度分布からの光によりマスクＭ上のパターンをケーラー照明する。
【００２７】
マスクＭは、そのパターン面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｙ方向に沿って移動可能なマスクステージＭＳによって保持されている。マスクステージＭＳの移動は、周知の構成を有するレーザ干渉計（不図示）により計測される。照明されたマスクＭのパターンからの光は、反射型の投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、ウェハＷ上には、後述するように、たとえばＹ軸に関して対称な円弧状の静止露光領域（実効露光領域）が形成される。
【００２８】
投影光学系ＰＬは、一例として、マスクＭのパターンの中間像を形成する第１反射結像光学系と、マスクパターンの中間像の像（マスクＭのパターンの二次像）をウェハＷ上に形成する第２反射結像光学系とにより構成されている。第１反射結像光学系は４つの反射鏡ＭＲ１〜ＭＲ４により構成され、第２反射結像光学系は２つの反射鏡ＭＲ５およびＭＲ６により構成されている。また、投影光学系ＰＬはウェハ側（像側）にテレセントリックな光学系である。
【００２９】
ウェハＷは、その露光面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージＷＳによって保持されている。ウェハステージＷＳの移動は、周知の構成を有するレーザ干渉計（不図示）により計測される。こうして、マスクステージＭＳおよびウェハステージＷＳをＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系ＰＬに対してマスクＭおよびウェハＷをＹ方向に沿って相対移動させながら走査露光（スキャン露光）を行うことにより、ウェハＷの１つの矩形状のショット領域にマスクＭのパターンが転写される。
【００３０】
このとき、投影光学系ＰＬの投影倍率（転写倍率）が例えば１／４である場合、ウェハステージＷＳの移動速度をマスクステージＭＳの移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージＷＳをＸ方向およびＹ方向に沿って二次元的にステップ移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハＷの各ショット領域にマスクＭのパターンが逐次転写される。なお、上述の説明では、マスクをＹ方向に移動させているが、Ｙ方向に対して斜めの方向にマスクを移動（斜め走り）させても良い。
【００３１】
図２は、本実施形態における１回の走査露光を概略的に説明する図である。図２を参照すると、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの円弧状の有効結像領域および有効照明領域に対応するように、Ｙ軸に関して対称な円弧状の静止露光領域ＥＲがウェハＷの表面上に形成され、同じくＹ軸に関して対称な円弧状の第１領域がマスクＭのパターン面上に形成される。換言すれば、Ｙ方向は第１領域および静止露光領域ＥＲの円弧状の外形形状の中心を通る円弧状の辺の法線方向に対応し、Ｘ方向はＹ方向に垂直な方向に対応している。円弧状の露光領域ＥＲは、１回の走査露光（スキャン露光）によりウェハＷの矩形状の１つのショット領域ＳＲにマスクＭのパターンを転写する際に、図中実線で示す走査開始位置から図中破線で示す走査終了位置まで移動する。
【００３２】
オプティカルインテグレータ３において、第１フライアイ光学部材３１は、図３に示すように、複数の第１ミラー要素（第１光学要素）３１ａを備えている。複数の第１ミラー要素３１ａは、凹面反射鏡の形態を有し、照明光学系ＩＬの被照射面であるマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置における所定面に、並列配置されている。第２フライアイ光学部材３２は、図４に示すように、複数の第２ミラー要素（第２光学要素）３２ａを備えている。複数の第２ミラー要素３２ａは、凹面反射鏡の形態を有し、複数の第１ミラー要素３１ａと光学的に一対一対応するように並列配置されている。
【００３３】
図３では、第１フライアイ光学部材３１の入射面において、Ｘ方向に対応する方向にｘ１方向を設定し、その入射面においてｘ１方向と直交する方向にｙ１方向を設定している。なお、第１フライアイ光学部材３１の入射面とは、所定面内で複数の第１ミラー要素３１ａの反射面が占める領域である。同様に、図４では、第２フライアイ光学部材系３２の入射面においてＸ方向に対応する方向にｘ２方向を設定し、その入射面においてｘ２方向と直交する方向にｙ２方向を設定している。なお、第２フライアイ光学部材３２の入射面とは、所定面内で複数の第２ミラー要素３２ａの反射面が占める領域である。すなわち、図３および図４におけるｙ１，ｙ２方向は、マスクＭおよびウェハＷの走査方向（Ｙ方向）に対応している。図３および図４では、図面の明瞭化のために、一対のフライアイ光学部材３１，３２を構成する多数のミラー要素３１ａ，３２ａのうちの一部だけを表している。
【００３４】
第１フライアイ光学部材３１は、図３に示すように、円弧状の外形形状を有する第１ミラー要素３１ａを縦横に配置することにより構成されている。すなわち、第１ミラー要素３１ａは、円弧状の辺が互いに隣り合うようにｙ１方向に並んで配置され、且つ円弧状の両端が互いに隣り合うようにｘ１方向に並んで配置されている。第１ミラー要素３１ａが円弧状の外形形状を有するのは、上述したように、投影光学系ＰＬの円弧状の有効結像領域および有効照明領域に対応して、マスクＭ上に円弧状の外形形状を有する第１領域を形成し、ひいてはウェハＷ上に円弧状の静止露光領域ＥＲを形成するためである。
【００３５】
円弧状の外形形状を有する第１領域を照明する場合、第１領域に対応した外形形状を有する光学要素とは、円弧状の外形形状を有する光学要素とすることができる。例えば、少なくとも一つの光学要素の外形形状は、第１領域の外形形状と相似な形状、第１領域の外形形状と姿勢、曲率、Ｘ方向およびＹ方向のアスペクト比等が異なる形状を有する。なお、第１領域および光学要素は、円弧状の外形形状を有する場合に限定されない。矩形状の外形形状を有する第１領域を照明する場合、第１領域に対応した外形形状を有する光学要素とは、矩形状の外形形状を有する光学要素とすることができる。このとき、光学要素の外形形状は、第１領域の外形形状と相似な形状、第１領域の外形形状と姿勢、曲率、Ｘ方向およびＹ方向のアスペクト比等が異なる形状を有する。また、第１領域の外形形状と光学要素の外形形状とが異なっていても良い。例えば、光学要素の外形形状は矩形状であり、光学要素で反射された照明光は、光学要素と第１領域との間に設けられた光学系によって、円弧状の外形形状を有する第１領域を形成するように、光学要素を構成しても良い。その他、様々な形状の第１領域を照明することやそれに対応した外形形状を有する光学要素を用いることができる。
【００３６】
一方、第２フライアイ光学部材３２は、図４に示すように、例えば正方形状に近い矩形状の外形形状を有する第２ミラー要素３２ａを縦横に配置することにより構成されている。すなわち、第２ミラー要素３２ａは、矩形状の辺が互いに隣り合うようにｘ２方向およびｙ２方向に並んで配置されている。第２ミラー要素３２ａが正方形状に近い矩形状の外形形状を有するのは、各第２ミラー要素３２ａの表面またはその近傍にほぼ円形状の小光源が形成されるからである。なお、第２ミラー要素３２ａの外形は、正方形状または長方形状に限定されることなく、四角形以外の多角形状（三角形〜八角形など）でもよい。また、光量損失を最小限にするために、敷き詰め可能（隙間なく光学要素を配置することが可能）な形状が好ましい。
【００３７】
第１フライアイ光学部材３１の各々の第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線が楕円形状になっているのは、後述するように、オプティカルインテグレータ３に入射する光束（すなわち第１フライアイ光学部材３１に入射する光束）の断面形状が楕円形状であり、照明効率を高めるためである。また、第２フライアイ光学部材３２の各々の第２要素ミラー３２ａの集合体の包絡線が円形状に近い形状になっているのは、オプティカルインテグレータ３の射出面（すなわち第２フライアイ光学部材３２の射出面）の近傍の照明瞳に形成される瞳強度分布（実質的な面光源）の外形形状がほぼ円形状であるためである。
【００３８】
なお、第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線は、楕円形状に限らず、ｙ１方向の長さよりもｘ１方向の長さが長い形状のものであれば良い。例えば、長方形状、多角形状、長円等、様々な形状の包絡線が描けるように第１要素ミラー３１ａを配置すれば良い。また、第２要素ミラー３２ａの集合体の包絡線も、円形状に近い形状に限らず、例えば、真円、楕円、長円、長方形状、多角形状等、様々な形状の包絡線が描けるように、第２要素ミラー３２ａを配置すれば良い。
【００３９】
本実施形態において、オプティカルインテグレータ３に入射した光束は、第１フライアイ光学部材３１中の複数の第１ミラー要素３１ａにより波面分割される。各第１ミラー要素３１ａにより反射された光束は、第２フライアイ光学部材３２中の対応する第２ミラー要素３２ａに入射する。各第２ミラー要素３２ａにより反射された光束は、導光光学系としての偏向部材４およびコンデンサー光学系５を介して、マスクＭ上の円弧状の第１領域を重畳的に照明する。
【００４０】
以下、本実施形態の特徴的な構成および作用の説明に先立って、従来技術における不都合を説明する。図１を参照すると、光源ユニットＬＵから光が、第１フライアイ光学部材３１と第２フライアイ光学部材３２との間で折り返された後、マスクＭへ導かれる。第１フライアイ光学部材３１へ入射する光が第２フライアイ光学部材３２によって遮られることがなく、且つ第２フライアイ光学部材３２から射出される光が第１フライアイ光学部材３１によって遮られることがないように構成するには、第１フライアイ光学部材３１と第２フライアイ光学部材３２とを正対させて光を垂直入射させることはできず、図１の紙面に沿ってある程度横ずれした状態に配置して光を斜入射させる必要がある。
【００４１】
この場合、第２フライアイ光学部材３２を構成する第２ミラー要素３２ａは、第１フライアイ光学部材３１を構成する第１ミラー要素３１ａを斜め方向（第２フライアイ光学部材３２の入射面の法線方向に対して傾いた方向）に見ていることになる。別の表現をすれば、第２ミラー要素３２ａから見て、第１ミラー要素３１ａは歪んで見える。このため、複数の第２ミラー要素３２ａは、それぞれ対応する第１ミラー要素３１ａを被照射面であるマスクＭのパターン面へ投影するが、この斜め方向から第１ミラー要素３１ａを見込む効果により、マスクＭへ投影された第１ミラー要素３１ａの像は第１ミラー要素３１ａと正確に相似な形状にはならない。
【００４２】
言い換えれば、第１フライアイ光学部材３１と第２フライアイ光学部材３２との相対的な配置などに起因して、ディストーションが発生する。その結果、複数の第１ミラー要素３１ａにより波面分割された複数の光束がマスクＭのパターン面に形成する円弧状の各照野は、所望の円弧状の第１領域から外れて形成され、いわゆる照野の重なり誤差に起因する光量損失が発生する。
【００４３】
次に、本発明の態様の特徴的な構成について説明する。オプティカルインテグレータ３は、光束を複数の光束に波面分割し、これらの複数の光束を被照射面（例えばマスクＭのパターン面、ひいてはウェハＷの露光面）上で重畳することにより第１領域における照度分布を均一化する光学素子である。そのため、オプティカルインテグレータ３は、均一化のために必要な所要数の光学要素（例えばミラー要素３１ａ，３２ａ）を備えることができる。また、均一化は縦方向（例えばｙ１方向，ｙ２方向）と横方向（例えばｘ１方向，ｘ２方向）とで比較的独立しているので、横方向にも縦方向にも所定の数以上の列数の光学要素としてもよい。
【００４４】
ここで、第１フライアイ光学部材３１におけるミラー要素３１ａのｘ１方向の列数をｎとする。また、第１フライアイ光学部材３１の各々の第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線が円形状であって、その直径がＤｆであるものとする。この場合、ミラー要素３１ａのｘ１方向の寸法は、Ｄｆ／ｎになる。ｘ１方向の列数ｎは、均一化のためには多ければ多いほど良く、５以上とすることができる。
【００４５】
第１フライアイ光学部材３１と第２フライアイ光学部材３２との間隔をＦｆとし、第２フライアイ光学部材３２の各々の第２要素ミラー３２ａの集合体の包絡線が円形状であってその直径がＤｐであるものとする。第２フライアイ光学部材３２とマスクＭとの間に介在する導光光学系の焦点距離、すなわちコンデンサー光学系５の焦点距離をＦｃとする。なお、第２フライアイ光学部材３２とマスクＭとの間にパワーを有する光学系が介在しない構成の場合、第２フライアイ光学部材３２からマスクＭまでの距離をＦｃとすることができる。
【００４６】
マスクＭ上に形成すべき円弧状の第１領域のＸ方向に沿った寸法をＷｉとし、マスクＭへ入射する光束に要求される開口数をＮＡｉとすると、次の式（１）および（２）に示す関係が成立する。なお、光学要素の製造誤差などを加味する必要があるが、ここでは説明を簡単にするために光学要素の製造誤差などの影響を無視する。
Ｗｉ≒（Ｄｆ／ｎ）×（Ｆｃ／Ｆｆ）      （１）
ＮＡｉ≒Ｄｐ／（２×Ｆｃ）      （２）
【００４７】
式（１）は、第１フライアイ光学部材３１の各ミラー要素３１ａとマスクＭのパターン面とが光学的に共役であって、その結像倍率がＦｃ／Ｆｆであることに対応している。式（２）は、第２フライアイ光学部材３２の各ミラー要素３２ａが開口絞りの機能を果たしていることに対応している。さて、「直径の和に対して間隔を大きく設定する」ということは、次の式（３）において右辺Ｉの値を小さく設定することに他ならない。
（Ｄｆ＋Ｄｐ）／Ｆｆ＝Ｉ      （３）
【００４８】
以下、式（３）の右辺Ｉの値が式（１）および（２）により受ける制約について考察する。円弧状の第１領域のＸ方向に沿った寸法ＷｉおよびマスクＭへの入射光束の開口数ＮＡｉは、露光装置の仕様により決まる。照明光学系ＩＬを設計する立場からすれば、ＷｉおよびＮＡｉは定数である。そこで、式（１），（２）を、次の式（４），（５）に示すように変形する。また、式（４），（５）を式（３）に代入すると、次の式（６）に示す関係が得られる。
【００４９】
Ｄｆ≒Ｗｉ×ｎ×（Ｆｆ／Ｆｃ）        （４）
Ｄｐ≒ＮＡｉ×（２×Ｆｃ）      （５）
Ｉ≒Ｗｉ×ｎ／Ｆｃ＋２×ＮＡｉ×（Ｆｃ／Ｆｆ）      （６）
【００５０】
式（６）を参照すると、左辺のＩの値を小さくするにはどうすれば良いかが明確である。先ず、第１フライアイ光学部材３１におけるミラー要素３１ａのｘ１方向の列数ｎを小さくすれば良い。しかしながら、上述したように、列数ｎは、光学設計の立場から十分な均一化のためにむしろ大きくしたい変数であり、小さくすることはできない。ＷｉおよびＮＡｉは、上述したように定数として扱っている。式（６）の右辺において残る変数は、一対のフライアイ光学部材３１と３２との間隔Ｆｆ、およびコンデンサー光学系５の焦点距離Ｆｃだけである。
【００５１】
この場合、Ｉの値を小さくするには、コンデンサー光学系５の焦点距離Ｆｃを大きく設定するとともに、焦点距離Ｆｃよりも大きい増大率にしたがって間隔Ｆｆを大きく設定するしかない。しかしながら、式（４）を参照すると明らかなように、焦点距離Ｆｃよりも大きい増大率にしたがって間隔Ｆｆを大きく設定すると、第１フライアイ光学部材３１の直径Ｄｆが大きくなる。また、式（５）を参照すると明らかなように、焦点距離Ｆｃを大きく設定すると、第２フライアイ光学部材３２の直径Ｄｐが大きくなる。
【００５２】
その結果、オプティカルインテグレータ３が大型化し、ひいては照明光学系ＩＬが大型化してしまう。さらに最近では、ＥＵＶ露光装置における解像力の向上のために、マスクＭへの入射光束の開口数ＮＡｉをさらに大きく設定することが検討されている。式（６）を参照すると明らかなように、開口数ＮＡｉがさらに大きくなれば、左辺のＩの値も大きくなり、オプティカルインテグレータ３の更なる大型化を招くことになる。
【００５３】
本実施形態では、図３に示すように、第１フライアイ光学部材３１の各々の第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線を、ｘ１方向に長径Ｄｆｘを有し且つｙ１方向に短径Ｄｆｙを有する楕円形状に設定している。この場合、上述の式（１）、（３）および（４）は、次の式（１Ａ）、（３Ａ）および（４Ａ）に示すように書き換えられる。
Ｗｉ≒（Ｄｆｘ／ｎ）×（Ｆｃ／Ｆｆ）      （１Ａ）
（Ｄｆｙ＋Ｄｐ）／Ｆｆ＝Ｉ      （３Ａ）
Ｄｆｘ≒Ｗｉ×ｎ×（Ｆｆ／Ｆｃ）        （４Ａ）
【００５４】
したがって、長径Ｄｆｘが短径Ｄｆｙのｍ倍（ｍ＞１）であるものとしてＤｆｘ＝ｍ×Ｄｆｙで表すと、上述の式（６）は次の式（６Ａ）に示すように書き換えられる。式（６）と式（６Ａ）とを比較すると、式（６Ａ）の右辺の第１項の値が式（６）の右辺の第１項の値の１／ｍ（１／ｍ＜１）倍になっており、その分だけＩの値が小さくなることがわかる。
Ｉ≒（Ｗｉ×ｎ／Ｆｃ）／ｍ＋２×ＮＡｉ×（Ｆｃ／Ｆｆ）      （６Ａ）
【００５５】
従来、第１フライアイ光学部材３１の各々の第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線が円形状に近い形状になっていたのは、光源から供給される発散光の広がり角が方向に寄らず一定で円形状の断面を有し、ひいては第１フライアイ光学部材３１に入射する光束が円形状の断面を有するからである。本実施形態では、第１フライアイ光学部材３１の各々の第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線をｘ１方向に細長い形状に設定することにより、フライアイ光学部材３１および３２の大型化を招くことなく式（６Ａ）の左辺Ｉの値を小さくすることができる。このとき、第１要素ミラー３１ａの集合体の包絡線は、ｘ１方向に細長い楕円形状として良い。
【００５６】
なお、第１フライアイ光学部材３１に、ｘ１方向に細長い断面形状を有する光束を入射させると、第１フライアイ光学部材３１での照明効率を高く維持できる。このときには、光源ユニットＬＵの発光点Ｐ１より発した円形状の断面を有する光束（光の広がり角が方向に寄らず一定の光束）を、ｘ１方向に細長い形状の断面を有する光束に変換して第１フライアイ光学部材３１へ入射させるように、コレクター光学部材１を構成すればよい。このとき、コレクター光学部材１から第１フライアイ光学部材３１に入射する光束の断面は、ｘ１方向に細長い楕円形状とすることができる。
【００５７】
こうして、本実施形態の照明光学系ＩＬでは、オプティカルインテグレータ３の大型化を招くことなくディストーションの発生を抑え、ひいては照野の重なり誤差に起因する光量損失の発生を小さく抑え且つ光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明することができる。その結果、本実施形態の露光装置では、光量損失を小さく抑え且つ光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明する照明光学系ＩＬを用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができる。
【００５８】
すなわち、本実施形態では、オプティカルインテグレータ３の大型化を招くことなく、ディストーションの発生を抑え、ひいては照野の重なり誤差に起因する光量損失の発生を小さく抑えることができる。その結果、本実施形態の露光装置では、光量損失を小さく抑えるオプティカルインテグレータ３を備えて光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明する照明光学系ＩＬを用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができる。
【００５９】
図５および図６は、本実施形態にかかるコレクター光学部材の構成を概略的に示す図である。図５および図６では、第１フライアイ光学部材３１の入射面（第２領域）におけるｘ１方向およびｙ１方向に対応する方向にｘ３方向およびｙ３方向を設定し、ｘ３方向およびｙ３方向に垂直な方向にｚ３方向を設定している。すなわち、図５および図６におけるｙ３方向は走査方向であるＹ方向に対応し、ｘ３方向は走査方向と直交するＸ方向に対応している。図５はｘ３ｚ３平面に沿った光線を示し、図６はｙ３ｚ３平面に沿った光線を示している。
【００６０】
次の表（１）に、本実施形態にかかるコレクター光学部材の諸元の値を掲げる。表（１）は、ＯＲＡ（Optical Research Associates）社の光学設計ソフトである「Code V」の書式に従って記述されている。表（１）において、RDYは面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径；単位：ｍｍ）を、THIは当該面から次の面までの距離すなわち面間隔（単位：ｍｍ）を、RMDは当該面が反射面であるか屈折面であるかを示している。REFLは、反射面を意味する。INFINITYは無限大を意味し、RDYが INFINITYであれば、その面が平面であることを意味している。
【００６１】
OBJは発光点Ｐ１を、STOは仮想的な開口絞りの面を、IMGは集光点Ｐ２を示している。面番号１は仮想面を、面番号２は第１反射鏡としての凹面反射鏡１ａの反射面を、面番号４は第２反射鏡としての凸面反射鏡１ｂの反射面を示している。SPS ZRNは、各反射鏡１ａ，１ｂの反射面がべき級数で表される非球面であることを意味している。表（１）の表記のうち非球面の表現を除く部分は、後述の表（２）においても同様である。
【００６２】
表（１）
RDY             THI       RMD          GLA
OBJ:        INFINITY        0.000000
1:        INFINITY     1500.000124
2:      -432.83272     -949.999641    REFL
SPS ZRN:
SCO
K: -9.4341E-01        ZP4: -1.8270E-05        ZP5:  4.3276E-04
ZP11:  4.3260E-13       ZP12: -1.9463E-12       ZP13:  1.0935E-11
ZP22: -2.6779E-20       ZP23: -6.7188E-20       ZP24: -7.5913E-20
ZP25:  4.5844E-19       ZP38: -2.9880E-29       ZP39: -3.1230E-27
ZP40:  2.1408E-26       ZP41:  2.6357E-27       ZP56:  1.1351E-33
ZP57: -1.6723E-33       ZP58: -3.4764E-34       ZP59:  7.2244E-34
ZP60: -4.0069E-33       ZP61:  3.9159E-33
STO:        INFINITY     -500.000000
4:        -0.00000     1800.000000    REFL
SPS ZRN:
SCO
K: -1.4290E+33        ZP4: -2.5757E-04        ZP5: -1.9264E-04
ZP11: -3.4980E-11       ZP12:  3.1541E-12       ZP13:  4.8114E-11
ZP22: -8.3924E-17       ZP23:  6.3352E-17       ZP24:  3.2097E-17
ZP25: -5.6027E-17       ZP38:  7.4668E-23       ZP39: -5.3416E-24
ZP40:  1.9365E-23       ZP41:  5.7693E-23       ZP56:  2.3481E-28
ZP57:  3.9143E-29       ZP58:  1.4709E-30       ZP59:  2.1537E-29
ZP60:  8.3116E-30       ZP61: -1.0180E-29
IMG:        INFINITY        0.000000
【００６３】
本実施形態において、発光点Ｐ１より発する発散光は、その広がり角が方向に寄らず一定で円形状の断面を有する。この円形状の断面を有する発散光は、凹面反射鏡１ａの非球面形状の反射面および凸面反射鏡１ｂの非球面形状の反射面を経て、ｘ３方向に長径を有し且つｙ３方向に短径を有する楕円形状の断面を有する光束に変換され、点Ｐ２に集光する。その結果、集光点Ｐ２を経て第１フライアイ光学部材３１に入射する光束は、ｘ１方向に長径を有し且つｙ１方向に短径を有する楕円形状の断面を有する。本実施形態では、第１フライアイ光学部材３１への入射光束の断面の長径と短径との比は、２：１である。
【００６４】
なお、上述の実施形態では、ＤＰＰタイプの光源ユニットＬＵを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図７に示すように、ＬＰＰ（Laser Produced Plasma）タイプの光源ユニットＬＵ’を用いる変形例も可能である。ＬＰＰタイプの光源ユニットＬＵ’では、レーザ光をターゲット上に集光し、ターゲットをプラズマ化してＥＵＶ光を得る。
【００６５】
図７の変形例は、図１の実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、図７の変形例は、ＤＰＰタイプの光源ユニットＬＵに代えてＬＰＰタイプの光源ユニットＬＵ’を用いるとともに、ＬＰＰタイプの光源ユニットＬＵ’に応じた構成のコレクター光学部材１１を用いている点が、図１の実施形態と相違している。以下、図１の実施形態との相違点に着目して、図７の変形例の構成および作用を説明する。
【００６６】
本実施形態にかかる光源装置は、光源ユニットＬＵ’とコレクター光学部材１１とを備えている。光源ユニットＬＵ’は、レーザ光源２１、集光レンズ２２、ノズル２３およびダクト２４を備えている。光源ユニットＬＵ’では、たとえばキセノン（Ｘｅ）からなる高圧ガスがノズル２３より供給され、ノズル２３から噴射されたガスが気体ターゲット２５を形成する。そして、レーザ光源２１から発した光（非ＥＵＶ光）が、集光レンズ２２を介して、気体ターゲット２５上に集光する。
【００６７】
気体ターゲット２５は、集光されたレーザ光によりエネルギーを得てプラズマ化し、ＥＵＶ光を発する。すなわち、気体ターゲット２５の位置が発光点Ｐ１となる。光源ユニットＬＵ’の発光点Ｐ１から発したＥＵＶ光は、楕円凹面反射鏡に類似した形態を有するコレクター光学部材１１により集光された後、コリメータ光学部材２を介して、第１フライアイ光学部材３１へ導かれる。発光を終えたガスは、ダクト２４を介して吸引されて外部へ導かれる。
【００６８】
図８および図９は、図７に示した変形例にかかるコレクター光学部材の構成を概略的に示す図である。図８および図９では、第１フライアイ光学部材３１の入射面（受光面）におけるｘ１方向およびｙ１方向に対応する方向にｘ４方向およびｙ４方向を設定し、ｘ４方向およびｙ４方向に垂直な方向にｚ４方向を設定している。すなわち、図８および図９におけるｙ４方向は走査方向であるＹ方向に対応し、ｘ３方向は走査方向と直交するＸ方向に対応している。図８はｘ４ｚ４平面に沿った光線を示し、図９はｙ４ｚ４平面に沿った光線を示している。
【００６９】
次の表（２）に、変形例にかかるコレクター光学部材の諸元の値を掲げる。表（２）において、「ｘ４方向のデータ」の欄は図８のｘ４ｚ４平面に沿った光線に関するデータを、「ｙ４方向のデータ」の欄は図９のｙ４ｚ４平面に沿った光線に関するデータをそれぞれ示している。OBJは発光点Ｐ１を、面番号１は仮想面を、STOはコレクター光学部材１１を構成する凹面反射鏡の反射面を、IMGは集光点Ｐ２ｘ，Ｐ２ｙを示している。ASPは、べき級数で表される非球面であることを意味している。
【００７０】
表（２）
＜ｘ４方向のデータ＞
RDY             THI       RMD          GLA
OBJ:        INFINITY        0.000000
1:        INFINITY      150.000000
STO:      -256.06602     -874.264069    REFL
ASP:
K  :   -0.500000
IC :     YES       CUF:    0.000000
A  :0.000000E+00   B  :0.000000E+00   C  :0.000000E+00   D  :0.000000E+00
IMG:        INFINITY        0.000000
＜ｙ４方向のデータ＞
RDY             THI       RMD          GLA
OBJ:        INFINITY        0.000000
1:        INFINITY      150.000000
STO:      -266.18950    -1180.947502    REFL
ASP:
K  :   -0.600000
IC :     YES       CUF:    0.000000
A  :0.000000E+00   B  :0.000000E+00   C  :0.000000E+00   D  :0.000000E+00
IMG:        INFINITY        0.000000
【００７１】
図７の変形例では、図８に示すように、コレクター光学部材１１を構成する凹面反射鏡の反射面と、発光点Ｐ１を通ってｘ４ｚ４平面に平行な面との交線が、発光点Ｐ１に一方の焦点を有し且つ点Ｐ２ｘに他方の焦点を有する楕円の一部に対応している。また、図９に示すように、コレクター光学部材１１の反射面と、発光点Ｐ１を通ってｙ４ｚ４平面に平行な面との交線が、発光点Ｐ１に一方の焦点を有し且つ点Ｐ２ｙに他方の焦点を有する楕円の一部に対応している。
【００７２】
変形例においても、発光点Ｐ１から供給される発散光は、その広がり角が方向に寄らず一定で円形状の断面を有する。この円形状の断面を有する発散光のうち、ｘ４ｚ４平面に沿った光線はコレクター光学部材１１の非球面形状の反射面を経て点Ｐ２ｘに集光し、ｙ４ｚ４平面に沿った光線はコレクター光学部材１１の非球面形状の反射面を経て点Ｐ２ｘよりもコレクター光学部材１１から離れた点Ｐ２ｙに集光する。こうして、発光点Ｐ１からの円形状の断面を有する発散光は、コレクター光学部材１１の非球面形状の反射面を経て、ｘ４方向に長径を有し且つｙ４方向に短径を有する楕円形状の断面を有する光束に変換される。
【００７３】
その結果、第１フライアイ光学部材３１に入射する光束は、ｘ１方向に長径を有し且つｙ１方向に短径を有する楕円形状の断面を有する。変形例では、第１フライアイ光学部材３１への入射光束の断面の長径と短径との比は、１．１：１である。コレクター光学部材１１は、光源ユニットＬＵ’からの光を反射して集光し、光源の一次像を形成する。この変形例では、ｘ４ｚ４平面に沿った光線の集光点Ｐ２ｘとｙ４ｚ４平面に沿った光線の集光点Ｐ２ｙとが一致しない。このため、第２フライアイ光学部材３２のミラー要素３２ａ上で光束を十分に絞ることが困難になる。ただし、光源のサイズが十分に小さく、ミラー要素３２ａ上から光束がはみ出さなければ特に問題はない。
【００７４】
変形例にかかるコレクター光学部材１１では、例えば、オプティカルインテグレータ３の第１フライアイ光学部材３１に入射する入射光束のうち、ｙ４ｚ４面内を伝播する光線は、光源ユニットＬＵ’の発光点（すなわち光源）Ｐ１とマスクＭとの間の集光位置Ｐ２ｙで集光し、ｘ４ｚ４面内を伝播する光線は、光源ユニットＬＵ’の発光点Ｐ１と集光位置Ｐ２ｙの間の集光位置Ｐ２ｘで集光する。
【００７５】
別の表現をすれば、光源ユニットＬＵ’の発光点Ｐ１とマスクＭとの間の集光位置Ｐ２ｙに集光する光は、光源ユニットＬＵ’からの光のうち、コレクター光学部材１１を構成する凹面反射鏡の集光面のｙ４ｚ４断面を伝播する。同時に、光源ユニットＬＵ’の発光点Ｐ１と集光位置Ｐ２ｙとの間の集光位置Ｐ２ｘで集光する光は集光面のｘ４ｚ４断面を伝播する。コレクター光学部材１１では、集光面の曲率が、ｙ４方向を含むｙ４ｚ４断面とｘ４方向を含むｘ４ｚ４断面（ｙ４ｚ４断面と直交する断面）とで異なっている。例えば、集光面におけるｙ４ｚ４断面の曲率半径よりもｘ４ｚ４断面の曲率半径が大きくなっている。
【００７６】
すなわち、図７の変形例では、コレクター光学部材１１のｘ４ｚ４断面の集光面で集光された光が、コレクター光学部材１１とマスクＭ上の重畳照明領域（第１領域）との間の光学系（２〜５）によって重畳照明領域に投影される方向が、Ｘ方向である。また、コレクター光学部材１１のｙ４ｚ４断面の集光面で集光された光が、光学系（２〜５）によって重畳照明領域に投影される方向が、Ｙ方向である。
【００７７】
なお、上述の説明では、第１フライアイ光学部材３１の複数の第１ミラー要素３１ａと、第２フライアイ光学部材３２の複数の第２ミラー要素３２ａとが光学的に対応している。ここで、「光学的に対応する」とは、例えば図１０に示すように、複数の第１ミラー要素３１ａのうち一つのミラー要素３１ａで反射した光が、複数の第２ミラー要素３２ａのうちのいずれか１つのミラー要素３２ａで反射されることである。具体的に、図１０では、第１ミラー要素３１ａ１，３１ａ２，３１ａ３，３１ａ４，および３１ａ５で反射した光が、第２ミラー要素３２ａ１，３２ａ２，３２ａ３，３２ａ４，および３２ａ５にそれぞれ入射している。
【００７８】
すなわち、第１ミラー要素３１ａ１と第２ミラー要素３２ａ１とが光学的に対応している。同様に、第１ミラー要素３１ａ２〜３１ａ５と、第２ミラー要素３２ａ２〜３２ａ５とがそれぞれ光学的に対応している。ただし、複数の第１ミラー要素３１ａと複数の第２ミラー要素３２ａとは一対一対応している必要はなく、ある第１ミラー要素で反射された光と別の第１ミラー要素で反射された光とが、同じ第２ミラー要素で反射されてもよい。もしくは、第１ミラー要素で反射された光を反射しない第２ミラー要素があってもよい。照明条件を変える際に、複数の第１ミラー要素と複数の第２ミラー要素との光学的な対応関係を変えても良い。
【００７９】
さらに、第１フライアイ光学部材３１に入射する光束の断面における強度分布が楕円形状であっても、第２フライアイ光学部材３２に入射する光束の断面（瞳面）における強度分布を円形状にすることができる。なお、瞳面における強度分布は円形状に限定されず、二極や四極、輪帯、方形状、楕円形状等にしてもよい。このような場合であっても、ウェハＷに形成されるパターンの解像力を、直交する２方向（例えば、Ｘ方向とＹ方向）で等しくすることができる。この際、複数の第１ミラー要素と複数の第２ミラー要素との光学的な対応関係が調整されていてもよい。
【００８０】
ところで、図７の変形例では、コレクター光学部材１１の集光面の曲率がｙ４方向を含むｙ４ｚ４断面とｘ４方向を含むｘ４ｚ４断面とで異なっているため、ｘ４ｚ４平面に沿った光の集光点Ｐ２ｘとｙ４ｚ４平面に沿った光の集光点Ｐ２ｙとが光軸方向に一致しない。その結果、第２フライアイ光学部材３２の第２ミラー要素３２ａの反射面には、図１１に示すように、デフォーカスした光源像（光源の二次像）４１が形成される。
【００８１】
光源像４１の外形形状は、第１フライアイ光学部材３１により波面分割された光束の断面形状の影響（すなわちコレクター光学部材１１の集光面の曲率の異方性の影響）により、非点収差が生じるため、一方向に対して他方が長くなる。光源像４１（すなわち第２ミラー要素３２ａに入射する光束）が第２ミラー要素３２ａの反射面からはみ出さなければ、特に問題はない。しかしながら、光源像４１が大き過ぎて第２ミラー要素３２ａの反射面からはみ出すと、光量損失が発生するだけでなく、マスクＭ上の重畳照明領域における照野の重なり誤差の発生原因になってしまう。
【００８２】
一般に、マスクＭ上の重畳照明領域における照度分布の均一化のために、第１フライアイ光学部材３１での波面分割数が増大する傾向、すなわち第１ミラー要素３１ａおよび第２ミラー要素３２ａの反射面が小型化する傾向がある。第２ミラー要素３２ａを小型化すると、光源像４１が第２ミラー要素３２ａの反射面からはみ出して、光量損失および重畳照明領域の崩れが発生する可能性が高くなる。
【００８３】
第２変形例では、第１ミラー要素３１ａの反射面をトロイダル面状にすることにより、図１２に模式的に示すように、第２ミラー要素３２ａ上に形成される光源像４２のサイズを小さく抑え、ひいては光量損失および重畳照明領域の崩れの発生を回避する。具体的に、第２変形例では、第１ミラー要素３１ａの反射面を、ｘ１方向に沿った面の曲率とｙ１方向に沿った面の曲率とが互いに異なるトロイダル面状に形成する。
【００８４】
換言すれば、第１ミラー要素３１ａの反射面が球面形状である場合に得られる一方向に細長い光源像４１が、全体的にあまりデフォーカスしていない比較的サイズの小さい光源像４２になるように、第１ミラー要素３１ａの反射面に対して、ｘ１方向に沿った所要の曲率およびｙ１方向に沿った所要の曲率を付与する。その結果、第１ミラー要素３１ａの反射面のｘ１方向に沿った曲率とｙ１方向に沿った曲率とは互いに異なるものとなる。
【００８５】
ただし、光源像４２のサイズを小さくし過ぎると、第２ミラー要素３２ａの反射面を形成する多層膜が光照射により熱変形したり損傷を受けたりし易くなることがある。その場合、第１ミラー要素３１ａの反射面のｘ１方向に沿った曲率およびｙ１方向に沿った曲率を適宜調整することにより、図１３に示すように全体的にデフォーカスした比較的サイズの大きい光源像４３を積極的に形成し、多層膜の熱変形および損傷を軽減することができる。
【００８６】
具体的な数値例として、コレクター光学部材１１を構成する凹面反射鏡の集光面のｙ４方向に沿った曲率Ｃｙ４：ｘ４方向に沿った曲率Ｃｘ４は、例えば５：６や７：８である。この場合、第１ミラー要素３１ａの反射面のｘ１方向に沿った曲率Ｃｘ１：ｙ１方向に沿った曲率Ｃｙ１を、例えば５：６、６：５、７：８、８：７に設定することができる。そして、コレクター光学部材１１における曲率Ｃｙ４：曲率Ｃｘ４が５：６のときに、第１ミラー要素３１ａの曲率Ｃｘ１：曲率Ｃｙ１を５：６にすると、第２ミラー要素３２ａ上に比較的サイズの小さい光源像４２が得られ、ひいては光量損失および重畳照明領域の崩れの発生を回避することができる。
【００８７】
また、コレクター光学部材１１における曲率Ｃｙ４：曲率Ｃｘ４が５：６のときに、第１ミラー要素３１ａの曲率Ｃｘ１：曲率Ｃｙ１を７：８にすると、第２ミラー要素３２ａ上に比較的サイズの大きい光源像４３が得られ、ひいては多層膜の熱変形および損傷を軽減することができる。このとき、コレクター光学部材１１の集光面および第１ミラー要素３１ａの反射面の曲率が方向によって異なることがマスクＭ上での照明効率に及ぼす影響を、コレクター光学部材１１の曲率と第１ミラー要素３１ａの曲率との関係を調整することにより補正（補償）できれば、第２ミラー要素３２ａの反射面は球面形状のままでも良い。コレクター光学部材１１と第１ミラー要素３１ａとの間の曲率関係を調整しても補正できない場合、第２ミラー要素３２ａの反射面を所要のトロイダル面状に形成することにより補正が可能になる。
【００８８】
第２変形例では、すべての第１ミラー要素３１ａの反射面をトロイダル面状にする必要はなく、所要数（少なくとも１つ）の第１ミラー要素３１ａの反射面をトロイダル面状に形成することにより、光量損失および重畳照明領域の崩れの発生を回避する効果、あるいは多層膜の熱変形および損傷を軽減する効果が得られる。これらの効果は、第１ミラー要素３１ａの反射面のｘ１方向に沿った曲率Ｃｘ１とｙ１方向に沿った曲率Ｃｙ１とが、例えば次の条件式（７）を満たすことにより得られる。
１．０＜Ｃｘ１／Ｃｙ１＜１．２または１．０＜Ｃｙ１／Ｃｘ１＜１．２    （７）
【００８９】
上述の説明では、図７の変形例の構成に対して第１ミラー要素３１ａの反射面をトロイダル面状にする手法を適用している。しかしながら、図７の変形例の構成に限定されることなく、図１の実施形態の構成に対しても第１ミラー要素３１ａの反射面をトロイダル面状にする手法を適用することができる。図１の実施形態の構成では、コレクター光学部材１からの光の集光点Ｐ２は、方向に依存することなく一致している。
【００９０】
その結果、図１４の左側の図に示すように、第２ミラー要素３２ａの反射面には比較的サイズの小さい光源像４２が形成され、多層膜が光照射により熱変形したり損傷を受けたりし易くなることがある。この場合、図１の実施形態の構成においても、第１ミラー要素３１ａの反射面のｘ１方向に沿った曲率Ｃｘ１およびｙ１方向に沿った曲率Ｃｙ１を適宜調整することにより、図１４の右側の図に示すように、全体的にデフォーカスした比較的サイズの大きい光源像４３を積極的に形成し、多層膜の熱変形および損傷を軽減することができる。
【００９１】
以上のように、上述の実施形態および変形例にかかる照明光学系ＩＬでは、Ｙ方向の長さよりもＸ方向の長さが長い第１領域、典型的にはＸ方向に細長い円弧状の重畳照明領域が、マスクＭのパターン面に形成される。第１形態の光学装置は、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）とマスクＭとの間の光路中に配置されて、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）からの光を集光して、ｙ１方向（Ｙ方向に対応）の長さよりもｘ１方向（Ｘ方向に対応）の長さが長い第２領域（ｘ１方向に長径を有し且つｙ１方向に短径を有する楕円形状の入射光束領域）を所定面に形成するコレクター光学部材１（１１）と、第２領域を含む所定面内に設けられ、コレクター光学部材１（１１）の光を第１領域に導く複数の第１ミラー要素３１ａを有する第１フライアイ光学部材３１とを備えている。
【００９２】
第２形態の光学装置は、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）とマスクＭとの間の光路中に設けられ、ｙ１方向（Ｙ方向に対応）の長さよりもｘ１方向（Ｘ方向に対応）の長さが長い外形形状を有する第１ミラー要素３１ａを、所定面に複数配列するとともに、配列された第１ミラー要素３１ａの集合体のｙ１方向とｘ１方向の長さが互いに異なる第１フライアイ光学部材３１と、第１フライアイ光学部材３１とマスクＭとの間の光路中に設けられ、第１ミラー要素３１ａに光学的に対応するように設置された複数の第２ミラー要素３２ａを有する第２フライアイ光学部材３２とを備えている。
【００９３】
第３形態の光学装置は、第２領域（ｘ１方向に長径を有し且つｙ１方向に短径を有する楕円形状の入射光束領域）を含む所定面内に設けられ、複数の第１ミラー要素３１ａを有する第１フライアイ光学部材３１を備えている。複数の第１ミラー要素３１ａのうちの少なくとも一つのミラー要素は、第２領域と直交する面のうちで、ｙ１方向（第３方向）に沿った面の曲率と、ｘ１方向（第４方向）に沿った面の曲率とが互いに異なる光学面（すなわち反射面）を有する。一般に、第１フライアイ光学部材を構成する第１光学要素が反射部材である場合、二方向で曲率が互いに異なる光学面は、反射面、回折面などである。一方、第１光学要素が光透過部材である場合、二方向で曲率が互いに異なる光学面は、レンズ面、回折面などである。
【００９４】
上述の実施形態および変形例にかかる照明光学系ＩＬでは、オプティカルインテグレータ３の大型化を招くことなくディストーションの発生を抑え、ひいては照野の重なり誤差に起因する光量損失の発生を小さく抑え且つ光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明することができる。その結果、上述の実施形態および変形例にかかる露光装置では、光量損失を小さく抑え且つ光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明する照明光学系ＩＬを用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができる。
【００９５】
第１形態および第２形態では、第２領域（ｘ１方向に長径を有し且つｙ１方向に短径を有する楕円形状の入射光束領域；第１フライアイ光学部材３１への入射光束の領域）におけるｙ１方向の長さよりも、ｘ１方向の長さが１．１倍以上長いように構成してもよい。また、第２領域におけるｙ１方向の長さとｘ１方向の長さとのアスペクト比が１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たすように構成してもよい。また、αを４．０以下とすることができる。
【００９６】
第１形態および第２形態では、オプティカルインテグレータ３のミラー要素３１ａが第２領域内のみに、配列されるように構成することにより、光量損出をさらに低減することができる。また、ミラー要素３１ａの集合体におけるｙ１方向の長さよりもｘ１方向の長さが１．１倍以上長いように構成してもよい。また、ミラー要素３１ａの集合体におけるｙ３方向の長さとｘ１方向の長さとのアスペクト比が１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たすように構成してもよい。また、αを４．０以下とすることができる。
【００９７】
第１形態および第２形態では、オプティカルインテグレータ３への入射光束（ひいては第１フライアイ光学部材３１への入射光束）の断面におけるｙ１方向の長さよりもｘ１方向の長さが１．１倍以上長いように構成してもよい。また、オプティカルインテグレータ３への入射光束の断面におけるｙ１方向の長さとｘ１方向の長さとのアスペクト比が１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たすように構成してもよい。また、αを４．０以下とすることができる。
【００９８】
また、上述の実施形態および変形例では、Ｙ方向と交差するＸ方向に長い照明領域、すなわちＸ方向に細長い円弧状の照明領域が、マスクＭのパターン面に形成される。オプティカルインテグレータ３中の第１フライアイ光学部材３１は、照明領域に対応した外形形状、すなわちｘ１方向（Ｘ方向に対応）に細長い円弧状の外形形状を有するミラー要素３１ａをｙ１方向（Ｙ方向に対応）とｘ１方向に複数配列することにより構成されている。第１フライアイ光学部材３１では、配列されたミラー要素３１ａの集合体のｙ１方向とｘ１方向の長さが互いに異なる。
【００９９】
別の表現をすれば、第１フライアイ光学部材３１の受光面（入射面）の長さがｙ１方向とｘ１方向とで互いに異なる。さらに別の表現をすれば、第１フライアイ光学部材３１の受光面におけるｙ１方向とｘ１方向の配列の数が互いに異なる。この構成により、上述の実施形態および変形例では、オプティカルインテグレータ３の大型化を招くことなく、ディストーションの発生を抑え、ひいては照野の重なり誤差に起因する光量損失の発生を小さく抑えることができる。その結果、上述の実施形態および変形例にかかる露光装置では、光量損失を小さく抑えるオプティカルインテグレータ３を備えて光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明する照明光学系ＩＬを用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができる。
【０１００】
配列されたミラー要素３１ａの集合体のｙ１方向とｘ１方向とのアスペクト比が１：αとすると、αが１．１以上の条件を満たすように構成してもよい。また、配列されたミラー要素３１ａの集合体がｙ１方向に対してｘ１方向に１．１倍以上長いように構成してもよい。また、ミラー要素３１ａの集合体がｙ１方向に２０列以上、ｘ１方向に５列以上配列されているように構成してもよい。
【０１０１】
なお、上述の説明では、コレクター光学部材１とオプティカルインテグレータ３との間にコリメータ光学系２が設けられているが、これに限定されない。すなわち、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）からの光が、パワーを有する光学部材（例えば、コリメータ光学系２のような光学部材）を介することなく、オプティカルインテグレータ３の第１フライアイ光学部材３１に入射するように構成しても良い。ここで、光学部材のパワーとは、当該光学部材の焦点距離の逆数である。
【０１０２】
また、上述の説明では、正瞳タイプの露光装置に基づいて本発明を説明している。ここでは、入射瞳が物体面（マスクＭのパターン面に対応）よりも投影光学系側に位置している投影光学系を備える露光装置を正瞳タイプの露光装置と呼ぶ。しかしながら、正瞳タイプの露光装置に限定されることなく、逆瞳タイプの露光装置に対しても同様に本発明を適用することができる。入射瞳が物体面を挟んで投影光学系とは反対側に位置している投影光学系を備える露光装置を逆瞳タイプの露光装置と呼ぶ。
【０１０３】
具体的に、逆瞳タイプの露光装置では、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）からの光がコレクター光学部材１（コレクター光学部材１１）を経た後に、コリメータ光学系２を介して、照明光学系ＩＬ中のオプティカルインテグレータ３に入射する。その後、オプティカルインテグレータ３を経た光は、斜入射ミラー（平面反射鏡）を介して、マスクＭ上に円弧状の第１領域を形成する。すなわち、オプティカルインテグレータ３の第２フライアイ光学部材３２を経た光は、パワーを有する光学部材（例えばコンデンサー光学系５のような光学部材）を介することなく、被照射面としてのマスクＭのパターン面へ導かれる。なお、オプティカルインテグレータ３と被照射面との間の光路中にパワーを有する光学部材が介在しても良い。また、コレクター光学部材１（１１）とオプティカルインテグレータ３との間に、コリメータ光学系２のようなパワーを有する光学部材を介さない構成としても良い。
【０１０４】
さらに、上述の説明では、第１フライアイ光学部材３１中の第１ミラー要素３１ａが円弧状の外形形状を有し、第２フライアイ光学部材３２中の第２ミラー要素３２ａが矩形状の外形形状を有する。しかしながら、これに限定されることなく、各光学要素の外形形状、各光学要素のパワーの正負については様々な形態が可能である。また、ミラー要素に代えて屈折光学要素や回折光学素子を用いることもできる。
【０１０５】
上述の説明では、第１フライアイ光学部材３１への入射光束の断面の長径と短径との比を、２：１または１．１：１としたが、第１フライアイ光学部材３１への入射光束の断面の長径と短径との比はこれに限定されず、α：１（ただしαは１．１以上）とすることができる。また、αを４．０以下としてもよい。
【０１０６】
第６形態にかかる照明方法では、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）からの光により、Ｙ方向の長さよりもＸ方向の長さが長い第１領域、すなわちＸ方向に細長い円弧状の重畳照明領域が、マスクＭのパターン面に形成される。この照明方法は、所定面上の第２領域に光源からの光を集光して導くことと、所定面上で第３方向の長さより前記第３方向に交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する複数の光束に波面分割すること、波面分割された複数の光束を第１領域へ導くこととを含んでいる。第２領域は、第３方向の長さよりも第４方向の長さが長い形状（ｘ１方向に長く且つｙ１方向に短い入射光束領域）を有し、所定面上での複数の光束は、第３方向と第４方向とに沿って複数配列される。
【０１０７】
第９形態にかかる光学装置の製造方法では、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）からの光により、Ｙ方向の長さよりもＸ方向の長さが長い照明領域を均一に照明するために用いられる光学装置の製造方法において、光源からの光を集光して、第３方向の長さよりも前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い第２領域（ｘ１方向に長く且つｙ１方向に短い入射光束領域）を所定面に形成するコレクター光学部材を得ることと、第２領域を含む所定面内に、複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学部材を設置することとを備える。
【０１０８】
第１０形態にかかる光学装置の製造方法では、光源ユニットＬＵ（ＬＵ’）からの光により、Ｙ方向の長さよりもＸ方向の長さが長い照明領域を均一に照明するために用いられる光学装置の製造方法において、第３方向の長さより前記第３方向と交差する第４方向の長さが長い外形形状を有する複数の第１光学要素を準備することと、複数の第１光学要素を第３方向と第４方向とに配列する第１光学要素の集合体が、第３方向の長さと第４方向の長さとで互いに異なる第１フライアイ光学部材を得ることとを備える。
【０１０９】
上述の実施形態では、マスクＭの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、例えば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上記のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【０１１０】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【０１１１】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置または露光方法を用いたデバイス製造方法について説明する。図１５は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１５に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。
【０１１２】
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。
【０１１３】
なお、上述の実施形態では、ＥＵＶ光を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、ＥＵＶ光以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。
【０１１４】
また、上述の実施形態では、反射型のマスクＭを用いるＥＵＶ露光装置の照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、光源からの光に基づいて第１領域を照明する一般の照明光学系に対しても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１１  コレクター光学部材
２  コリメータ光学部材
３  オプティカルインテグレータ
５  コンデンサー光学系
３１，３２  フライアイ光学部材
ＬＵ，ＬＵ’  光源ユニット
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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